中国船舶重工集团公司第七一八研究所, 河北 邯郸 056027
设计了V型折叠非稳定光学谐振腔,对不同氧化剂过量系数条件下连续波氟化氢(HF)激光输出谱线变化规律进行分析。结果表明,在合适的激光反应体系配方和光学谐振腔参数下,波长大于2.87 μm的2P8和2P9等HF激光长波谱线能够有效输出。调节燃烧室反应相对氧化剂过量系数,控制参与光腔激射反应的自由氟原子量,能够在一定程度上调节HF激光输出谱线分布。激光器输出功率与增益系数密切相关,单支谱线的最高输出功率与其最大增益系数相对应,激光器最高输出功率与各支谱线增益系数之和的最大值相对应。
激光器 氟化氢激光器 非稳腔 输出光谱 级联谱线 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 021404
1 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
氟化氢（HF）是变电站气体绝缘开关进行故障诊断的重要特征气体之一, 因此HF气体的高测量精度, 快速响应, 实时在线检测的方法是工业和环境领域的研究重点之一。 结合激光吸收光谱技术和蒙乃尔钢材加工的耐腐蚀多次反射池搭建HF检测实验系统; 分析了HF气体在不同温度下的激光吸收光谱特性, 根据HITRAN数据库的HF气体配分函数系数得到配分函数曲线和吸收线强曲线; 在研究工作中重点设计了结合激光光谱解析和温度参数修正的浓度反演算法以实现气体浓度的准确检测; 结合多次反射吸收池的温度特性利用不同浓度配比的HF样气得到连续实验结果。 多次反射池加热后并稳定工作在313和323 K时, 温度修正前浓度反演的最大相对误差分别为5.33%和5.87%, 温度修正后浓度反演的最大相对误差分别为1.20%和1.47%。 通过连续检测和计算, 系统在323K时HF检出限为8.7×10-5 mmol·mol-1, 高于290K时的检出限6.3×10-5 mmol·mol-1(20 m光程)。 尽管高温环境下温度修正后的检测误差大于室温情况, 但是同一高温下温度修正后的检测误差仍低于未经过温度修正的值。 通过该研究证明了本浓度反演算法工作稳定、 可靠, 可以满足化工生产现场HF实时监测的需求, 对于我国工业HF气体的安全排放监管和环境保护起有效的技术支持。
激光吸收光谱 温度修正 浓度反演算法 多次反射池 氟化氢 Laser absorption spectroscopy Temperature correction Concentration inversion algorithm Multiple reflection cell Hydrogen fluoride
中国船舶重工集团公司第七一八研究所, 河北 邯郸 056027
通过优化激光器结构参数和调整反应体系配方, 实现了传统氟化氢(HF)激光输出光谱向长波的转移和波长大于2.87 μm谱线的高效输出。实验和理论结果表明, 随着光轴由11 mm移至15 mm, 2P8谱线所占比重不断减小, 1P10、2P10等谱线所占比重逐渐增加。HF激光输出谱线存在激烈的谱带内竞争和各谱带间竞争, 且在竞争中呈现出一定的级联效应。研究结果拓宽了HF激光实用输出光谱范围, 使某些长波谱线得以高效输出, 对HF激光选线技术研究及应用具有重要的指导意义。
光谱学 氟化氢 化学激光器 输出光谱 增益特性
1 中国科学院大连化学物理研究所 化学激光重点实验室, 辽宁 大连 116023
2 长春理工大学 理学院, 吉林 长春 130022
燃烧驱动氟化氢化学激光体系中有一些关键基态物种(如DF等)可用于表征燃烧室工作状态, 为了控制HF振动激发态的弛豫过程还需要加入少量的碰撞伴侣物种(如SF6、NH3、H2O等）, 另一些关键物种(如NF(a)等)则可能会与HF振动激发态发生传能过程, 然而不幸的是这些物种的吸收较小。为了利用吸收光谱对这些弱吸收的关键基态物种进行研究, 建立了基于离轴式布局的腔增强吸收光谱装置, 该装置由光源部分、谐振腔部分和光电接收部分组成, 其中谐振腔部分处于真空仓内。为了验证该装置的性能, 测量了痕量氨气和水汽的吸收光谱。实验结果表明: 该装置的等噪声吸收系数达到了1.6×10-8 cm-1, 表明该装置可以用于氟化氢化学激光器中关键痕量物种的测量诊断工作。
腔增强吸收光谱 燃烧驱动 氟化氢 化学激光器 氨气 cavity enhanced absorption spectroscopy combustion driven hydrogen fluoride chemical lasers gaseous ammonia 红外与激光工程
2017, 46(2): 0239003
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 环境光学与技术重点实验室, 合肥 230031
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 合肥 230009
研究分布式反馈激光器的温度电流调谐特性及氟化氢气体在近红外波段的吸收线分布特征.利用归一化洛伦兹函数实现Voigt线型快速近似计算,并分析气体吸光度曲线的Voigt线型拟合以及波长扫描气体浓度反演算法.选择1.28 μm附近氟化氢气体单根吸收线作为目标吸收线设计可调谐二极管激光吸收光谱系统,对已知标准浓度氟化氢气体配置的不同浓度气体进行测量.系统的检测限达到1.12 ppm-m,且具有较高的测量准确度和长期稳定性,满足氟化氢气体实时在线监测的需要.
氟化氢 Voigt线型 DFB激光器 气体测量 在线监测 吸收 Hydrogen fluoride TDLAS Tunable diode laser absorption spectroscopy Voigt profile Distributed feedback laser Gas measurement Online monitoring Absorption
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
开展了HF/DF激光器谐振腔内基态分子光吸收对其输出性能影响的实验研究，测量并分析了从不同位置注入H2/D2时激光器的输出功率和光谱变化。结果表明：振动基态HF(ν=0)/DF(ν=0)分子通过单光子共振机制吸收1P支谱线，通过双光子共振机制吸收2P支谱线；振动转动激射带间存在一定程度的级联跃迁效应；在基态分子与激发态分子数量相当(11)的情况下，HF激光器输出功率降低了50%左右，DF激光器输出功率降低了90%左右；利用传统的燃料组合研制燃烧驱动HF-DF双波段化学激光器是不可行的。
激光器 氟化氢激光器 氟化氘激光器 光吸收 双波段激光
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津科技大学电子信息与自动化学院, 天津 300222
在应用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术的开放和密闭式气体检测中，提出一种基于无吸收谱线区域检测谐波（HDINASR）的背景消除方法。分析了背景信号成分，设计了背景信号搜索方法和谱线选取原则，给出相邻吸收谱线之间的最小波长间距公式。以氟化氢（HF）气体为检测对象，利用TDLAS实验系统设计相应的实验，确定HF目标吸收谱线、激光器工作温度、背景搜索温度范围和采样周期。实验结果表明，使用HDINASR背景消除前后的曲线相关度提高了3.4%，体积分数精度提高的相对幅度为5.8%。HDINASR为开放和密闭式的气体检测提供一种有效的背景消除方法。
光谱学 可调谐半导体激光吸收光谱 背景消除 无吸收谱线区域 氟化氢
1 中国工程物理研究院,应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
2 中国工程物理研究院,科技部,四川,绵阳,621900
3 中国工程物理研究院,核物理与化学研究所,四川,绵阳,621900
采用氟化氢泛频化学激光器作光源,在室外实际大气中测量了氟化氢泛频激光20P4、20P5谱线的大气透过率,分析计算了其大气消光系数和大气吸收系数.实验表明氟化氢泛频激光处于大气传输窗口边缘,其谱线的大气传输性能差异很大,证实了20P4是氟化氢泛频选频的首选谱线.
氟化氢泛频 透过率 吸收系数 HF overtone atmospheric transmittances absorption coefficient
